DE102009044969A1

DE102009044969A1 - Bestimmung des Ausschaltzeitpunkts eines Magnetventils

Info

Publication number: DE102009044969A1
Application number: DE200910044969
Authority: DE
Inventors: Traugott Degler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-09-24
Filing date: 2009-09-24
Publication date: 2011-03-31

Abstract

Bei einem Verfahren zur Bestimmung des Ausschaltzeitpunkts eines Magnetventils, insbesondere eines Magnetventils einer Einspritzeinrichtung einer Common Rail-Dieselbrennkraftmaschine, bei dem ein Magnetventil-Spannungsverlauf (331) erfasst und mit einem Referenz-Spannungsverlauf verglichen wird, wird vorgeschlagen, den Referenz-Spannungsverlauf als Simulations-Spannungsverlauf (333) durch eine das Magnetventil nachbildende Magnetventil-Simulationsschaltung (130) bereitzustellen. Eine entsprechende Vorrichtung ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Ausschaltzeitpunkts eines Magnetventils, insbesondere eines Magnetventils einer Einspritzeinrichtung einer Common Rail-Dieselbrennkraftmaschine, sowie eine zugehörige Vorrichtung.
In Einspritzeinrichtungen, wie sie beispielsweise aus der DE 196 50 865 A1 bekannt sind, kommen schnell schaltende Magnetventile zum Einsatz. Die Ventilnadel des Kraftstoffeinspritzventils wird in derartigen Einrichtungen beispielsweise von einem in einem Steuerraum herrschendem Druck in Schließrichtung belastet. Zur Einleitung der Einspritzung wird eine Entlastung des Steuerraums bewirkt, indem der Magnet des Magnetventils erregt und somit die Magnetnadel des Einspritzventils von ihrem Sitz abgehoben wird. Durch die hierdurch erfolgende Druckentlastung der Ventilnadel öffnet sich das Einspritzventil. Umgekehrt wird durch eine Entregung des Magnetventils ein Schließen des Einspritzventils bewirkt.
In derartigen Einspritzeinrichtungen ist es erforderlich, den Öffnungs- und Schließzeitpunkt möglichst genau einzuhalten, um die Menge des zugeführten Kraftstoffs möglichst präzise zu definieren. Hierzu ist es erforderlich, die Ein- und Ausschaltdauer des zugehörigen Magnetventils zu ermitteln. Insbesondere beim Entregungsvorgang eines Magnetventils treten hierbei jedoch Schwierigkeiten auf.
Verfahren zur Bestimmung der Ausschaltzeit von Magnetventilen sind beispielsweise aus der DE 38 43 138 A1 und den dort genannten Druckschriften bekannt. Bei derartigen Messverfahren wird ein abgeleitetes Spannungssignal mit einer zuvor ermittelten Referenzkurve verglichen. Diese Referenzkurve wird zuvor in einem bestimmten Arbeitspunkt des Magnetventils bei definierter Ansteuerdauer, definiertem Strom und definierter Spannung sowie einem definierten Raildruck beispielsweise mittels der CPU eines Motorsteuergeräts abgetastet und im Speicher des Motorsteuergeräts abgelegt. Bei der Ermittlung der Schaltzeit wird nun zusätzlich jeweils ein Spannungssignal des Magnetventils während des zu messenden Schaltzyklus abgetastet. Bei jedem Schaltzyklus wird durch die CPU eine Differenz aus der aktuell gemessenen Kurve und der zuvor ermittelten Referenzkurve gebildet. Die hieraus ermittelte Differenzspannung wird auf ein Merkmal hin untersucht, das mit der Ausschaltzeit korreliert.
Die bekannten Verfahren weisen eine Reihe von Nachteilen auf. Zunächst muss das ermittelte Messsignal auf den Eingangsbereich eines im Motorsteuergerät verwendeten Analog-Digital-Wandlers im Bereich von typischerweise 3,3 bis 5 Volt reduziert (”heruntergeteilt”) werden. Hierdurch ergibt sich ein schlechterer Signal-Rausch-Abstand. Ferner muss das zum Vergleich verwendete Signal abgeleitet werden, wodurch, verbunden mit den übrigen genannten Rechenschritten, eine übermäßig hohe CPU-Auslastung hervorgerufen wird. Die genannten Verfahren sind daher außerordentlich ressourcenintensiv.
Ferner haben bekannte Verfahren den Nachteil, dass Störungen in der Spannungsversorgung, die zu zeitlichen Änderungen des durch die Magnet- bzw. Erregerwicklung fließenden Stroms führen, als Hinweis auf eine Bewegung des Magnetankers fehlgedeutet werden können.
Es ist daher wünschenswert, verbesserte Verfahren zur Bestimmung der Ausschaltzeit von Magnetventilen, insbesondere von Magnetventilen, die in Einspritzeinrichtungen von Common Rail-Dieselbrennkraftmaschinen verwendet werden, anzugeben.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Bestimmung des Ausschaltzeitpunkts eines Magnetventils, insbesondere eines Magnetventils einer Einspritzeinrichtung einer Common Rail-Dieselbrennkraftmaschine, mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Eine erfindungsgemäß ebenfalls vorgesehene Vorrichtung ist zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet und weist die entsprechenden Mittel, Elemente oder Einheiten auf. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Vorteile der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend in Bezug auf Magnetventile beschrieben, bei denen, wie zuvor dargestellt, eine Erregung der Magnetspule eine Öffnung des Ventils und eine Entregung entsprechend einen Ventilschluss herbeiführt. Entsprechende Ventile kommen beispielsweise in der in der DE 196 50 865 A1 offenbarten Einrichtung zum Einsatz. Es sei jedoch zu verstehen gegeben, dass die vorliegende Erfindung in gleicher Weise auch in solchen Einspritzeinrichtungen Verwendung finden kann, bei denen eine Erregung einen Ventilschluss und umgekehrt eine Entregung eine Ventilöffnung bewirkt, wie beispielsweise in der DE 36 09 599 A1 angegeben.
Die vorliegende Erfindung beinhaltet die technische Lehre, einen Simulations-Spannungsverlauf durch Verwendung einer einfachen Hardwareschaltung in Form eines RC-Gliedes bereitzustellen. Die Verwendung eines derartigen RC-Glieds hat den besonderen Vorteil, dass hierdurch einfach und kostengünstig eine Simulationsschaltung eines entsprechenden Magnetventils bereitgestellt werden kann. Das genannte RC-Glied ist vorteilhafterweise im Steuergerät vorgesehen. Ein derartiges RC-Glied, wie es auch im Rahmen der Figurenbeschreibung dargestellt ist, besteht in der einfachsten Ausführung lediglich aus wenigsten einem Kondensator und wenigsten einem Widerstand. Geeignete Mittel zur Beaufschlagung des RC-Glieds mit Spannung und zum definierten Abbau einer entsprechenden Spannung sind zweckmäßigerweise Bestandteil einer Simulationsschaltung.
Vorteilhafterweise wird ein über das RC-Glied nachgebildeter Simulations-Spannungsverlauf an einen Spannungsverlauf angepasst, der zuvor aus einer typischen Bestromung eines Magnetventils ohne Magnetventilbewegung (Ventilankerbewegung) ermittelt wurde (im Folgenden als Referenzmessungs-Spannungsverlauf bezeichnet). Das RC-Glied kann dabei an das jeweilige Magnetventil über die Veränderung bzw. Auswahl des Kondensators, sowie, im einfachsten Fall, durch Anpassen eines oder zweier Widerstände angepasst werden.
Der durch das RC-Glied bereitgestellte Simulations-Spannungsverlauf kann in einfacher Weise mit einem ermittelten Magnetventil-Spannungsverlauf (d. h. einem Spannungsverlauf, der durch Messung der Spannung am Magnetventil während des Schaltvorgangs gemessen wurde) verglichen werden.
Durch die gezielte Anpassung des Simulations-Spannungsverlaufs an den zugehörigen Referenzmessungs-Spannungsverlauf des Magnetventils muss das Messsignal nicht wie im Stand der Technik auf den Eingangsbereich eines Analog-Digital-Wandlers reduziert werden. Vielmehr kann in sehr einfacher Weise mittels eines Operationsverstärkers eine einfache Subtraktion des Magnetventil-Spannungsverlauf und des Simulations-Spannungsverlaufs durchgeführt werden. Durch die Verlagerung einer derartigen Berechung in eine einfache Schaltung werden in vorteilhafter Weise CPU-Zyklen eingespart. Das vorgeschlagene Verfahren ist daher gegenüber dem Stand der Technik besonders ressourcenschonend.
Durch die Bereitstellung einer einfachen Hardwarefunktion wird ferner eine Erhöhung der Robustheit einer entsprechenden Abschaltzeitbestimmung herbeigeführt.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindungen ergeben sich aus der Beschreibung und beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Schaltung mit einem RC-Glied gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
2 zeigt eine Schaltung zur Subtraktion von Spannungsverläufen gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
3 zeigt typische Signalverläufe während eines Ausschaltvorgangs eines Magnetventils und hieraus ermittelte Werte gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
In 1 ist eine Hardwareschaltung gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung als Schaltplan dargestellt und insgesamt mit 100 bezeichnet.
Die Hardwareschaltung weist eine Subtraktionsschaltung 110 auf, die hier als Operationsverstärker ausgebildet ist. Die Subtraktionsschaltung 110 verfügt über einen ersten Eingang 111 und einen zweiten Eingang 112 sowie über einen Ausgang 113.
Über den ersten Eingang 111 wird ein Magnetventil-Spannungsverlauf über einen Anschluss 120 bereitgestellt. Über den Eingang 112 wird ein Simulations-Spannungsverlauf, der vorteilhaft mittels einer als RC-Glied ausgebildeten Hardwareschaltung 130 erzeugt wird, bereitgestellt. Die Subtraktionsschaltung 110 führt eine Subtraktion des Magnetventil-Spannungsverlaufs und des Simulations-Spannungsverlaufs durch und gibt einen Differenz-Spannungsverlauf über den Ausgang 113 an einen Anschluss 140 ab. Der Magnetventil-Spannungsverlauf wird ferner über einen Eingang 151 an ein Triggermodul 150 bereitgestellt. Das Triggermodul 150 gibt, sobald eine Spannung in dem Magnetventil-Spannungsverlauf eine definierte Schwelle unterschreitet, über einen Ausgang 152 ein Freigabesignal aus.
Das RC-Glied 130 weist einen Kondensator C11, eine Spannungsquelle U1 und zwei Widerstände R11 und R12 auf. Der Kondensator C11 wird durch die Spannungsquelle U1 aufgeladen und nach einer nachfolgend erläuterten Freigabe über die Widerstände R11 und R12 entladen. Die Kenngrößen des Kondensators C11 und der Widerstände R11, R12 werden zur Anpassung des RC-Glieds verwendet.
Das Freigabesignal wird in nicht näher ausgeführter Weise über Widerstände R13, R14, R15 und R16 sowie über Transistoren T15 und T11 aufbereitet und führt über Leitung 160 letztlich zur Freigabe der Entladung des Kondensators C11 des RC-Glieds 130. Die Entladung des Kondensators C11, welcher zuvor über die Spannungsquelle U1 aufgeladen wurde, bildet den Magnetventil-Spannungsverlauf in Form eines Simulations-Spannungsverlaufs nach.
Beispielhafte Simulations- und Magnetventil-Spannungsverläufe sind in 3 dargestellt und dort näher erläutert.
2 zeigt eine Vorrichtung zur Subtraktion eines Magnetventil-Spannungsverlaufs und eines Simulations-Spannungsverlaufs gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Die Vorrichtung ist insgesamt mit 200 bezeichnet. Wie aus 2 ersichtlich, wird ohne Reduktion der Signalpegel der Simulations- und Magnetventil-Spannungsverläufe eine Differenz aus dem Magnetventil-Spannungsverlauf und dem Simulations-Spannungsverlauf gebildet.
Die Vorrichtung 200 gemäß 2 weist einen ersten Anschluss 210 zur Bereitstellung eines Simulations-Spannungsverlaufs und einen zweiten Anschluss 220 zur Bereitstellung eines Magnetventil-Spannungsverlaufs auf. Der Simulations-Spannungsverlauf und der Magnetventil-Spannungsverlauf werden über Widerstände R1 und R2 einem invertierenden 231 und einem nichtinvertierenden 232 Eingang eines Operationsverstärkers 230 zugeführt. Der Operationsverstärker 230 wird über eine Spannungsquelle 240 gespeist. Über einen Ausgang 233 des Operationsverstärkers 230, dessen Funktion der Übersichtlichkeit halber nicht näher erläutert wird, wird ein Differenz-Spannungsverlauf ausgegeben und an Anschluss 250 bereitgestellt.
In 3 sind in Form von Graphen 310, 320 und 330 typische Signalverläufe an einem Common Rail-Injektor während eines Ausschaltvorgangs über die Zeit. dargestellt. In Graph 310 ist mit 311 ein Hubverlauf angegeben. Graph 330 zeigt einen Magnetventil-Spannungsverlauf 331, einen Referenzmessungs-Spannungsverlauf 332 sowie einen durch die erfindungsgemäße Schaltung bereitgestellten Simulations-Spannungsverlauf 333 in Volt.
Der Referenzmessungs-Spannungsverlauf 332 resultiert beispielsweise aus einer zuvor erläuterten Bestromung eines Magnetventils ohne Ventilbewegung. Der durch die Schaltung bereitgestellte Simulations-Spannungsverlauf 333 wurde hieran durch geeignete Wahl der Kenngrößen von Elementen eines RC-Glieds angepasst. Der Simulations-Spannungsverlauf 333 kann also unmittelbar einen entsprechenden Referenzmessungs-Spannungsverlauf 332 ersetzen und statt diesem mit einem Magnetventil-Spannungsverlauf 331 verglichen werden.
Aufgrund der zuvor erläuterten Funktion der Schaltung 100 setzt der Spannungsabfall des bereitgestellten Simulations-Spannungsverlaufs 100 ms zeitversetzt gegenüber dem Magnetventil-Spannungsverlauf ein. Dies ist darauf zurückzuführen, dass eine Entladung des Kondensators C11 in der Vorrichtung 100 erst nach der Bereitstellung eines Signals über das Triggermodul 150 bewirkt wird. Triggermodul 150 wird jedoch erst dann aktiv, wenn die Spannung am Magnetventil (also der Magnetventil-Spannungsverlauf) eine definierte Schwelle unterschreitet.
In Graph 320 ist ein Differenz-Spannungsverlauf 321 aus dem Magnetventil-Spannungsverlauf und dem Simulations-Spannungsverlauf dargestellt. Der Differenz-Spannungsverlauf 321 weist bei ca. 230 ms ein lokales Maximum 322 auf. Zweckmäßigerweise wird die Lage dieses Maximums 322 zur Bestimmung des Schließzeitpunkts, d. h. dem Ende des Ausschaltvorgangs eines entsprechenden Magnetventils, verwendet. Es sei zu verstehen gegeben, dass aufgrund mechanischer Schwingungen und anderer Effekte eine systematische Abweichung zwischen der tatsächlichen Ausschaltzeit und dem Maximum 322 auftreten kann. Hierdurch ist das Verfahren aber nicht prinzipiell beeinträchtigt, da eine derartige systematische Abweichung bei der Bestimmung des Schließzeitpunkts berücksichtigt werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19650865 A1 [0002, 0009]
DE 3843138 A1 [0004]
DE 3609599 A1 [0009]

Claims

Verfahren zur Bestimmung eines Ausschaltzeitpunkts eines Magnetventils, insbesondere eines Magnetventils einer Einspritzeinrichtung einer Common Rail-Dieselbrennkraftmaschine, bei dem ein Magnetventil-Spannungsverlauf (331) erfasst und mit einem Referenz-Spannungsverlauf verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenz-Spannungsverlauf als Simulations-Spannungsverlauf (333) durch eine einen Referenzmessungs-Spannungsverlauf (332) nachbildende Magnetventil-Simulationsschaltung (130) bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Magnetventil-Simulationsschaltung ein RC-Glied (130) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Magnetventil-Simulationsschaltung (130) bereitgestellte Simulations-Spannungsverlauf (333) an den Referenzmessungs-Spannungsverlauf (332) angepasst wird.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Simulations-Spannungsverlauf (333) auf ein aus dem Magnetventil-Spannungsverlauf (331) abgeleitetes Signal hin bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Differenz-Spannungsverlauf (321) aus dem Magnetventil-Spannungsverlauf (331) und dem Simulations-Spannungsverlauf (333) bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Differenz-Spannungsverlauf (321) ein Maximalwert (322) ermittelt und zur Bestimmung des Ausschaltzeitpunkts verwendet wird.
Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit Erfassungsmitteln zur Erfassung des Magnetventil-Spannungsverlaufs, einer Magnetventil-Simulationsschaltung (130) zur Bereitstellung des Simulations-Spannungsverlaufs (333) und Vergleichsmitteln (230) zum Vergleich des Magnetventil-Spannungsverlaufs (321) und des Simulations-Spannungsverlaufs (333).
Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Magnetventil-Simulationsschaltung (130) als RC-Glied (130) mit wenigstens einem Kondensator (C11) und wenigstens einem Widerstand (R11, R12) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, bei der die Vergleichsmittel (230) als Operationsverstärker (230) ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, ferner mit Maximalwertmitteln zur Ermittlung des Maximalwerts (322) des Differenz-Spannungsverlaufs.